(57)【要約】  ガラス素材を精密研磨加工する際に、コロイダルシリカを研磨材として循環使用するに当たり、コロイダルシリカがゲル化することを防止して循環使用できる回数が制限されることを防ぎ、もって生産性を格段に高めることを目的とする。  表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ2以下であって、表面粗さＲａが１ｎｍ以下であるガラス素材にコロイダルシリカを含む研磨材を用いて、酸性条件下で精密研磨する精密研磨工程を備えることを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。また、前記の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法によって製造された情報記録媒体用ガラス基板。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下であって、表面粗さＲａが１ｎｍ以下であるガラス素材にコロイダルシリカを含む研磨材を用いて、酸性条件下で精密研磨する精密研磨工程を備えることを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
上記精密研磨工程は、ｐＨ０．８〜ｐＨ２．０で行うことを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
上記精密研磨工程に使用するコロイダルシリカの粒径が８０ｎｍ以下であることを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
上記製造方法は、少なくとも２種類の研磨材を使用し、それぞれ別の両面研磨機を使用することを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法によって製造された情報記録媒体用ガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は情報記録媒体用ガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、磁気ハードディスクドライブに代表される情報記録用媒体の基材（サブストレート）として、ガラス基板の需要が高まっている。【０００３】
情報記録用媒体の高記録密度化を実現するため、サブストレートとしてのガラス基板は、粗研磨工程、精密研磨工程等、高精度に複数回の研磨が行われる。かかる研磨工程において、ガラス素材は高い平滑性、高い清潔度が要請され、しかも、生産性を向上することも要請される。【０００４】
高い平滑性を達成する方法としては、シリカ系砥粒を最終研磨に使用する方法が知られているが、同時に生産性を向上させる手段としてはそのシリカ系砥粒を循環させて使うことが知られている（特許文献１）。なお、この最終研磨では、スラリ（シリカ系砥粒が分散されている研磨液）の凝集およびゲル化を防ぐために、ゲル化抑制剤が添加されるスラリを使用して研磨を行うことが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４６６４５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１１３２号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的はガラス素材を精密研磨加工する際に、コロイダルシリカを研磨材として循環使用するに当たり、コロイダルシリカがゲル化することを防止して循環使用できる回数が制限されることを防ぎ、もって生産性を高めることのできる情報記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供することである。
【０００７】
すなわち、本発明の第一の主題は、表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下であって、表面粗さＲａが１ｎｍ以下であるガラス素材にコロイダルシリカを含む研磨材を用いて、酸性条件下で精密研磨する精密研磨工程を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第二の主題は、上記製造方法によって製造された情報記録媒体用ガラス基板である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
情報記録媒体用のガラス基板に要求される平滑性の実現は、現時点では、コロイダルシリカによる精密研磨によってしか達成することができない。現在の精密研磨に使用されるコロイダルシリカは、その粒径が２０ｎｍ〜８０ｎｍのものが主流であり、これらは、分散剤等によって分散されながら研磨に用いられている。しかしながら、ガラス素材から溶解した鉄（Ｆｅ）、特に三価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）が研磨スラリにあると、コロイダルシリカがこのＦｅやＦｅ３＋によってゲル化することが分かっている。このため、コロイダルシリカを研磨材として使用して循環させた場合、時間経過を経ることにコロイダルシリカがゲル状に凝集してしまうため研磨材として使えなくなる問題があった。
【００１０】
この問題を解決する技術として、凝集したコロイダルシリカをフィルタにて除去する技術がある。しかしながら、この技術では、凝集したコロイダルシリカがフィルタよりも小さい場合、コロイダルシリカがフィルタを通過してしまうため、効果が出ないという問題があった。特に最近では、２０ｎｍ程度のコロイダルシリカが使用されることが多いため、凝集したコロイダルシリカがフィルタを通過してしまい、効果的ではない。他方、フィルタの目が小さいと、凝集したコロイダルシリカが目詰まりを起こすため加工ができない。このようなことから、研磨材を循環使用することができる回数は、３回程度が限度であり、その結果、生産効率が悪くなるという問題があった。
【００１１】
他方、特許文献２に開示されているようなゲル化抑制剤を採用しても、実際に加工を行うとゲル化は抑制できない。よって、コロイダルシリカのゲル化を抑える手段がなく、循環使用回数は制限され、生産性の悪化が生じていた。
【００１２】
本件発明者は、鋭意研究の結果、ガラス素材にＦｅが付着している場合、また、ＦｅからＦｅ３＋が溶解している場合、前記のコロイダルシリカがゲル化してしまうことをつきとめた。ガラス素材に付着しているＦｅは、コロイダルシリカに接触しながら溶解していくため、キレートされる前にＦｅ３＋とコロイダルシリカとが接触し、ゲル化してしまうと考えられる。これらの傾向は、コロイダルシリカの粒径が小さいほど如実に表れる。これは、粒径が小さいほどガラス素材と点接触する回数が増えるため、コロイダルシリカとＦｅ３＋とが接触する回数が増え、結果としてゲル化を誘発するからであると考えられる。
【００１３】
他方、研磨レートを上昇し、生産性を向上するために酸性条件下で精密研磨工程を行うことが好ましい。中性条件下では、研磨材が分散しないため平滑性が悪化するからである。また、アルカリ条件下では、分散力が高すぎるため基板と研磨材とが接触せず、研磨力が低下するからである。しかしながら、酸性条件下での研磨環境ではコロイダルシリカを使用する場合には、鉄の溶解も促進されるので、上記問題が一層顕著になる。
【００１４】
本発明は、かかる知見に基づき、上記課題に鑑みてなされたものである。
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態並びに実施例について説明する。しかしながら、本発明は、以下に説明する実施形態や実施例の製造方法に限られているわけではない。
【００１６】
本実施形態に係る情報記録媒体用のガラス基板は、例えば、情報記憶媒体としての磁気ハードディスクに好適な環状の基材（サブストレート）となるものである。ガラス基板の製造過程は、プレス加工や孔ぐり加工で環状ディスク状のガラス素材を成形し、ラッピング工程、ポリッシュ工程、ポリッシュ後洗浄工程、並びに精密研磨工程を含み、さらに、洗浄工程を経て製造されるものである。
【００１７】
ガラス素材としては、Ｌｉ２Ｏが３．６質量％、Ｎａ２Ｏが１１．２質量％、Ｋ２Ｏが０．４質量％、ＭｇＯが０．６質量％、ＣａＯが１．６質量％、Ａｌ２Ｏ３が１４．９質量％、ＳｉＯ２が６４．５質量％、ＺｒＯ２が２．０質量％、ＣｅＯ２が０．５質量％、ＳｎＯ２が０．７質量％のものが好適である。
【００１８】
［ラッピング工程］
プレス法で成形した環状のガラス素材は、比較的粗いダイヤモンド砥石で研削加工する。このラッピング工程は、１回でもよく、好ましくは、２回実行する。また、ラッピング工程を複数回実行する場合、間に粗研磨工程を施して、ラッピング工程で残留した傷や歪みを除去することが好ましい。
【００１９】
［ポリッシュ工程］
【００２０】
（粗研磨工程）
ラッピング工程を終えたガラス素材は、両面研磨機で酸化セリウムによって、研磨される。上記両面研磨機は、全面をＤＬＣコーティング加工しているものが好ましい。ＤＬＣとは、ダイヤモンドライクカーボンの略称であり、加工機の表面を保護し、鉄分の付着を可及的に完全に防ぐことが可能となるものである。
【００２１】
（ポリッシュ後洗浄工程）
ポリッシュ工程後のガラス素材は、洗浄されることが好ましい。このポリッシュ後洗浄工程では、鉄分の侵入を防止するために、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）製の洗浄槽を使用する。
【００２２】
本発明のポリッシュ後洗浄工程の例としては、ｐＨ１３のアルカリ洗剤で洗浄し、リンスを行うことが好ましい。続いて、ｐＨ０の酸系洗剤（硝酸）で洗浄、リンスし最後にＨＦ（０．１％液）による洗浄を行うことが好ましい。
【００２３】
なお、酸化セリウムに関してはアルカリ洗浄、酸洗浄、ＨＦの順で洗浄を行うことが最も効率的である。このことは、まずアルカリ洗剤で研磨材を分散除去し、続いて酸洗剤で研磨材を溶解除去、最後にＨＦによってガラスをエッチングし深く刺さっている研磨材を除去できるからである。また各洗剤は、脱気されたものを使用し、超音波を印加しながら洗浄を行う。脱気を行うことにより強力に付着している酸化セリウムを除去できるようになる。また、超音波を使用することによりキャビテーションの効果が増し、アルカリ洗剤による分散効果が増す。印加条件としては、アルカリ洗剤では４０ｋＨｚ、酸洗剤では８０ｋＨｚ、ＨＦ洗剤では１７０ｋＨｚである。特に、酸洗剤で８０ｋＨｚの超音波を印加することにより、小さい付着に対する溶解性が向上する。最後にＨＦでは、１７０ｋＨｚの超音波を印可することが好ましい。その場合には、さらに細かい酸化セリウムが除去できる。
【００２４】
（精密研磨工程）
次に、精密研磨工程は、上記粗研磨工程で使用したものと同様の研磨装置を用い、研磨パッドを硬質研磨パッドから軟質研磨パッドに替えて実施される。この精密研磨工程で行う処理は、上述した粗研磨工程で得られた平坦平滑な主表面を維持しつつ、例えば主表面の表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）が６ｎｍ程度以下である平滑な鏡面に仕上げるような鏡面研磨処理である。研磨材としては、粗研磨工程のセリウム系研磨材より粒子径が低い、平均粒子径は２０ｎｍの、コロイダルシリカを含む研磨材を用いることが好ましい。かかる研磨材を含む研磨液（スラリー）をガラス素材に供給し、研磨パッドとガラス素材とを相対的に摺動させて、ガラス素材の表面を鏡面研磨する。
【００２５】
精密研磨は、ｐＨ０．８〜ｐＨ２．０で行うことが好ましい。このようなｐＨの範囲で精密研磨を行うことで、ζ電位を好適に付与することができる。
【００２６】
すなわち、研磨材の分散性を高めるためには、ζ電位を付与する必要がある。一般的に、酸性条件であればある程（ｐＨが低いほど）、またはアルカリ条件であればあるほど（ｐＨが高いほど）ζ電位を付与できる。他方、ｐＨが低すぎると機械からの錆が増えたり、基板にダメージが残ったりするので好ましくない。
【００２７】
［最終洗浄工程］
上記精密研磨工程を終えたガラス素材の最終洗浄工程は下記の通りに行われる。
【００２８】
まず、精密研磨工程を終えたガラス素材を乾燥させることなく、水中で保管し、湿潤状態のまま次の洗浄工程へ搬送する。研磨残渣が残った状態のままガラス素材を乾燥させてしまうと、この最終洗浄工程により研磨材（コロイダルシリカ）を除去することが困難になる場合があるからである。
【００２９】
したがって、鏡面仕上げされたガラス素材の表面は、荒らされることなく、研磨材を除去する必要がある。例えば、ガラス素材に対してエッチング作用やリーチング作用を施すような洗浄液である場合、鏡面仕上げしたガラス表面が上記洗浄液によって荒らされてしまい、梨子地状の仕上げ表面となってしまう。このような梨子地状の仕上げ表面では、磁気ヘッドの浮上量を十分に低減させることができない。したがって、洗浄液はガラス素材に対して、エッチング作用やリーチング作用を施すものではなく、コロイダルシリカに対して選択的溶解性能を備える洗浄液として組成されることが好ましい。すなわち、ガラスをエッチングする要因であるフッ化水素酸（ＨＦ）やケイフッ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）等を含まない組成を洗浄液として選定することが好ましい。洗浄工程を経て、ガラス基板が製造される。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例について説明し、比較例と対比する。なお、以下の説明において、表面粗さＲａとは、洗浄処理を終えたガラス基板の主表面の縦５μｍ、横５μｍの正方形領域の算術平均粗さであり、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で１０枚のガラス基板を観察したものである。【００３１】
（ガラス組成）
ガラス素材の組成として、以下のものを用意した。【００３２】
【表１】
2011121913.tif 000002
【００３３】
（実施例１）
ラッピング終了後のガラス素板を０．１質量％のフッ化水素酸（ＨＦ）溶液で洗浄した後、両面研磨機で酸化セリウムによってポリッシュ工程を行った。この時ポリッシュ工程で使用する両面研磨機は、全面をＤＬＣコーティング加工しているものを使用した。【００３４】
上記ポリッシュ工程後に洗浄を行った。洗浄槽はＰＶＣ製のものを使用し、中性洗剤、純水、純水、ＩＰＡの順で洗浄を行った。洗浄後の表面粗さＲａは、０．４ｎｍであった。【００３５】
その後コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、全面をＤＬＣコーティング加工した両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００３６】
（実施例２）
実施例１の工程をポリッシュ工程まで同じように終了し、ポリッシュ後洗浄工程を０．１質量％のＨＦ溶液、中性洗剤、純水、純水、ＩＰＡの順で施した。洗浄後の表面粗さＲａは０．６ｎｍであった。その後、コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、０．８とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．８であった。【００３７】
（実施例３）
実施例１の工程をポリッシュ工程まで同じように終了し、ポリッシュ後洗浄工程を０．１質量％のＨＦ溶液、硫酸、アルカリ洗剤、純水、ＩＰＡの順で施した。洗浄後の表面粗さＲａは０．９ｎｍであった。その後コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００３８】
（実施例４）
実施例１の工程をポリッシュ工程まで同じように終了し、ポリッシュ後洗浄工程を０．１質量％のＨＦ溶液、中性洗剤、純水、純水、ＩＰＡの順で施した。洗浄後の表面粗さＲａは０．６ｎｍであった。その後コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００３９】
（実施例５）
実施例１の工程をポリッシュ工程まで同じように終了し、ポリッシュ後洗浄を０．１質量％のＨＦ溶液、中性洗剤、純水、純水、ＩＰＡの順で施した。洗浄後の表面粗さＲａは０．９ｎｍであった。その後、コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００４０】
（比較例１）
ラッピング工程終了後、一般の酸洗剤で洗浄し、ＤＬＣコーティングをしていない両面研磨機で加工、中性洗剤、純水、純水、ＩＰＡで洗浄を行った。洗浄後の表面粗さＲａは０．４ｎｍであった。その後コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００４１】
（比較例２）
実施例１の工程をポリッシュ工程まで同じように終了し、ポリッシュ後洗浄工程を２．０質量％のＨＦ溶液、硫酸（５Ｎ）、アルカリ系洗剤、純水、ＩＰＡの順で施した。表面粗さＲａは１．２ｎｍであった。その後コロイダルシリカ平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカをスラリとし、両面研磨機で加工を行った。このときのｐＨは、１．０とした。この際使用したスラリが何回循環できるかを確認するため、循環使用し続けた際の表面粗さＲａが変化しないかどうかを確認した。２０回循環使用後のｐＨは１．９であった。【００４２】
（評価方法）
各実施例１〜５、比較例１、２において、精密研磨工程での循環使用回数の可否をＦｅ量や表面粗さＲａで評価した。【００４３】
Ｆｅ量を検査する方法としては、得られたガラス基板表面のＦｅ付着量（Ｑ）ｎｇ／ｃｍ２を一般的な高周波誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）（アジレントテクノロジー株式会社製の７７００シリーズ）で計測し、１０枚分の平均値を演算した。【００４４】
また、精密研磨工程でのスラリの循環使用を１５回実行し、５回目、７回目、１５回目のときの良否を◎、○、△、×の四段階で評価した。評価は、各循環回数（５回目、７回目、１５回目）での表面粗さＲａで行う。表面粗さＲａは、Ｖｅｅｃｃｏ社製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で１０枚のガラス基板を観察し、下記のように評価した。【００４５】
◎：表面粗さＲａの平均が０．０３ｎｍ以上０．１ｎｍ未満である。
○：表面粗さＲａの平均が０．１ｎｍ以上０．１５ｎｍ未満である。
△：表面粗さＲａの平均が０．１５ｎｍ以上０．２ｎｍ未満である。
×：表面粗さＲａの平均が０．２ｎｍ以上である。【００４６】
【表２】
2011121913.tif 000003
【００４７】
表２から明らかなように、表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下であって、表面粗さＲａが１ｎｍ以下であるガラス素材に、コロイダルシリカを含む研磨材で酸性条件下にて精密研磨した実施例１〜５は、精密研磨工程でのスラリの循環使用を２０回にしても優れた評価結果を示した。一方で、表面に付着している鉄分が１．３ｎｇ／ｃｍ２であった比較例１は、いずれのスラリ使用回数時にも評価に劣る結果となった。そして、表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下であっても、精密研磨工程前のガラス基板表面の表面粗さが１．２ｎｍであった比較例２は、上記実施例１〜５に比べて評価にやや劣る結果となった。【００４８】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は、上述した実施例に限定されない。【００４９】
以上により、表面に付着している鉄分（Ｆｅ、Ｆｅ３＋）が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下のガラス素材にコロイダルシリカを含む研磨材を用いて、酸性条件下で精密研磨する精密研磨工程、或いは、遅くとも精密研磨工程の前にガラス素材の表面に付着している鉄分（Ｆｅ、Ｆｅ３＋）が０．５ｎｇ／ｃｍ２以下になるように、精密研磨工程に用いられるガラス素材の鉄分を排除している製造方法は、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。【００５０】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。【００５１】
本発明は、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法であって、表面に付着している鉄分が０．５ｎｇ／ｃｍ2以下のガラス素材にコロイダルシリカを含む研磨材を用いて、酸性条件下で精密研磨する精密研磨工程を備え、上記ガラス素材は、最終研磨を行う前の表面粗さＲａが１ｎｍ以下であることを特徴とする。【００５２】
この態様では、精密研磨工程に用いられるガラス素材表面のＦｅ量（鉄、鉄イオン）が極めて微小であることから、コロイダルシリカのゲル化を可及的に抑制することが可能になる。従って、粒径の小さなコロイダルシリカを用いて、循環使用の回数を増加し、生産性を向上することが可能となる。また、ガラス素材に鉄が多く付着していると、付着しているＦｅが研磨機（コロイダルシリカ）によって深く突き刺さってしまう。そのため、その後の洗浄等で除去しきれなくなってしまう。これに対し、本発明では、精密研磨工程に用いられるガラス素材表面のＦｅ量が極めて微小であることから、研磨後のガラス素材に付着しているＦｅ量も減少し、ガラス基板の清潔性や平滑性を高めることができるという利点がある。また、本発明では、精密研磨工程に用いられるガラス素材表面のＦｅ量が極めて微小であることから、比較的強い酸性条件下で研磨をすることができる。さらに、ζ電位を好適に付与して研磨材の分散性を高め、きめの細かい研磨面を得ることが可能になる。【００５３】
また、本発明では、精密研磨工程に用いられるガラス素材表面のＦｅ量が極めて微小である。このことから、精密研磨の際に、コロイダルシリカを含む研磨材を酸性条件下で循環使用しても、その循環使用回数を多く維持することができ、生産性を格段に向上させることができるという顕著な効果を奏する。【００５４】
好ましい態様において、上記精密研磨工程は、ｐＨ０．８〜ｐＨ２．０で行う。この態様では、ζ電位を好適に付与することができる。【００５５】
別の好ましい態様において、上記精密研磨工程に使用するコロイダルシリカの粒径が８０ｎｍ以下であり、実質的には、１０ｎｍから８０ｎｍの範囲内である。【００５６】
さらに別の好ましい態様において、上記製造方法は、少なくとも２種類の研磨材を使用し、それぞれ別の両面研磨機を使用する。【００５７】
本発明の情報記録媒体用ガラス基板は前記情報記録媒体用ガラス基板の製造方法によって製造されたものである。【００５８】
この出願は、２０１０年３月２９日に出願された日本国特許出願特願２０１０−７５３２５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。【００５９】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【国際調査報告】
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2011121913.tif 000006
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